Reprodukční izolace jsou mechanismy, které zabraňují mezidruhovému rozmnožování. Tyto mechanismy dělíme na prezygotické a postzygotické izolační mechanismy. Prezygotické mechanismy brání oplodnění, tedy tomu, aby se gamety setkaly, nebo aby nedošlo k oplození a vzniku zygoty. Reprodukční izolace, izolační mechanismy jsou klíčové pro vznik a udržení druhů.
Druh je základní kategorií organizace živých soustav. Jedná se o soubor jedinců, kteří jsou schopni reprodukovat plodné potomstvo a shodují se v určitých molekulárně-biologických znacích genotypu. Pozorování vývoje druhu v recentních i fosilních záznamech je konkrétním obrazem, jak se živá příroda vyvíjela a vyvíjí. Jedno z důležitých kritérií pro vymezení druhu je reprodukční izolace - tj. skutečnost, že jedinci téhož druhu dávají při zkřížení plodné potomstvo, nikoli však s jedinci jiného druhu (mezidruhová hybridizace je možná, ale hybridi nejsou plodní). Tato bariéra vzniká převážně působením selekčních faktorů, které mění genofond populace. Znemožnění účinné reprodukce je zajištěno více způsoby.
Izolace jako evoluční faktor
Izolace je elementární evoluční faktor působící na mikroevoluční úrovni a vede ke speciaci. Tok genů bude šířit nové mutace mezi populacemi, zatímco geografická nebo reprodukční izolace bude bránit tomu, aby se tak stalo. Speciací se označuje vznik nových druhů. Skupina uvnitř dané populace se oddělí a vytvoří nový druh. V důsledku izolace je mezi nimi přerušena výměna genů. Vznik genetických rozdílů postupně vede k neschopnosti jedinců z oddělených populací se křížit. Reprodukční izolace je biologickou vlastností populace, která zabraňuje výměně genů mezi druhy. Dříve sjednocené druhy se oddělily a vývoj se díky přirozenému výběru ubíral různými cestami. Geografická izolace vedla k izolaci populací, která může být prvním krokem ke speciaci.
Existuje několik forem reprodukční izolace, přičemž prezygotické mechanismy jsou ty, které brání oplodnění. U sympatrických a parapatrických populací, které obývají stejný areál, jsou prezygotické mechanismy nejsilněji vyvinuty, i když nemají absolutní izolační funkci. Reprodukční izolace je důležitá pro zachování integrity druhu.
Prezygotické izolační mechanismy
Prezygotní izolaci vytvářejí fyzické bariéry (řeka, oceán) mezi dvěma populacemi, etologické rozdíly. Mezi prezygotické izolační mechanismy, které brání mezidruhovému páření a vývoji neúspěšných hybridů, patří:
Čtěte také: Izolace s asfaltovým lakem: Jak na to?
Ekologické izolační mechanismy (stanovištní a časové)
- Stanovištní RIM (Filopatrie): Jedinci různých druhů jsou odděleni prostorově nebo časově. Například druhy korálnatců obývají stejný areál, ale vyhledávají odlišné biotopy.
- Časové RIM: Způsobují, že se dospělí jedinci těchto druhů nepotkají ve stejnou dobu nebo se jejich reprodukční cykly neshodují.
Tyto mechanismy se označují jako ekologické RIM a zajišťují, že nedojde k setkání jedinců. Selekce proti hybridům může být někdy (možná označovaná jako neekologická speciace) považována za formu ekologické izolace.
Etologické izolační mechanismy (sexuální izolace)
Etologické RIM zahrnují rozdíly ve vzorcích chování jednotlivých druhů souvisejících s rozmnožováním. Sexuální signály směřují jen dovnitř druhu, mimo druh tyto signály nefungují. K rozmnožování působí tedy jen vnitrodruhové podněty. Mezidruhová přitažlivost je slabá nebo neexistuje, což podporuje vnitrodruhové páření a zabraňuje křížení mezidruhovému. Tyto mechanismy mohou mít různou povahu. Mohou to být chemické signály (např. feromony mezi jedinci), vizuální signály, akustické projevy nebo potlačení únikových reakcí. U rostlin jsou to například preference různých opylovačů.
Pohlavní výběr spočívá v omezení toku genů tím, že určité samice začnou preferovat jiné samce na základě nějakého jiného signálu. Díky tomu dochází k poměrně rychlé reprodukční izolaci, a to i přesto, že neexistují reálné (postzygotické) bariéry. Nejčastějším výsledkem pohlavního výběru je vznik různých barevných forem v rámci jedné populace.
Mechanické izolační mechanismy (morfologická izolace)
Mechanické RIM spočívají v rozdílech ve tvaru a velikosti rozmnožovacích orgánů. Tyto rozdíly brání křížení například u různých, i když jinak velmi blízkých druhů hmyzu. Mechanické mechanismy fungují na principu zámku a klíče, kdy se rozmnožovací orgány jednoduše nehodí k sobě. U rostlin, které se rozmnožují křížením, může být prezygotická izolace zajištěna strukturálními vlastnostmi květu.
Gametické izolační mechanismy
- Vnější gametický nesoulad: Gamety se setkají, ale nedojde k oplození a vzniku zygoty, například v důsledku nevhodného fyzikálně-chemického prostředí. Analogicky je tomu u rostlin.
- Vnitřní gametický nesoulad: I když se gamety setkají, buď spermie není schopna oplodnit vajíčko, nebo zygota nevznikne kvůli genetickým rozdílům, které brání jejich fúzi.
K největšímu příspěvku k reprodukční izolaci má prezygotická bariéra. V oblastech, kde se dva druhy vyskytují společně (sympatrické populace), jsou mechanismy bránící křížení nejsilněji vyvinuty. Geografická izolace není biologickou vlastností populace. Například na Galapágách, kde se populace vyvíjely na ostrovech osamocena, zpočátku chybí prezygotické bariéry, ale vývojově mladší druhy si bariéry již vytvořily. Nicméně, prezygotické bariéry reprodukční izolace nemohou zcela blokovat hybridizaci mezi druhy.
Čtěte také: Cihly s tepelnou izolací
| Koncept | Stručná definice |
|---|---|
| Morfologický koncept druhů (Phenetic Species Concept) | druhy jsou nejmenší jednotky, které jsou trvale odlišné a rozlišitelné běžnými prostředky (tzv. morphospecies) |
| Biologický druhový koncept (Biological/Reproductive Species Concept) | druh je skupina organismů, ve které dochází k sexuálnímu rozmnožování jedinců a v níž jedinci sdílí společný genofond |
| Ekologický druhový koncept | druh je linie, či sada blízce příbuzných linií, které obývají adaptivní zónu odlišnou od ostatních linií |
| Fylogenetický druhový koncept | druhy jsou definovány na základě fylogenetických metod a monofyletičnost je nezbytná vlastnost |
| Kohezní druhový koncept | druhy jsou nejvíce uzavřené populace jedinců mající potenciál mechanizmů fenotypové soudržnosti |
Speciace a prezygotické mechanismy
Speciace je evoluční proces vzniku druhů. Vznik genetických rozdílů postupně vede k neschopnosti jedinců z oddělených populací se křížit. Rozlišujeme tři základní procesy vzniku druhů: štěpná speciace (vznik štěpením mateřského druhu na dva nové), hybridizace (vznik nového druhu křížením) a fyletická speciace (mateřský druh se transformuje na druh odlišný). Mezi klíčové mechanismy a pojmy speciace patří mutace, gen, genetický drift, přírodní výběr a tok genů.
Tok genů tlumí speciaci a brání odlišení populací. Dochází k němu, pokud někteří jedinci dokáží migrovat mezi 2 populacemi, které se začínají odlišovat, a pokud se v těchto populacích dokáží úspěšně množit. Tímto pak snižují genetické rozdíly, jenž vznikají mezi těmito populacemi. Geografická izolace zmenšuje vliv toku genů a naopak umocňuje působení genetického driftu a přírodního výběru. S geografickou izolací může být mimo jiné spojován bottle-neck efekt či efekt zakladatele.
Alopatrická speciace
Allopatrická speciace vzniká geografickou izolací populací a z toho plynoucího přerušení toku genů a posíleného působení přírodního výběru a genetického driftu. Základním mechanismem izolace u alopatrie je vikariance, tj. vznik bariéry mezi populacemi. Tento vznik bariéry lze pojmenovat jako vikarianční událost. Vlivem této události jsou populace odděleny a dochází k alopatrické speciaci. Výsledkem jsou pak nové, vikariantní druhy.
Sympatrická speciace
Sympatrická speciace je diferenciace populací na nové druhy i bez existence geografické bariéry, a to různými mechanismy. Patří sem pohlavní výběr (etologická speciace), disruptivní selekce (ekologická speciace) a chromozomové změny (polyploidie).
Pohlavní výběr, jako forma etologické speciace, vede k poměrně rychlé reprodukční izolaci, i když neexistují reálné (postzygotické) bariéry. Ekologická speciace (disruptivní selekce) nastává vlivem ekologických faktorů, které posilují přírodní výběr. Chromozomové změny, jako je polyploidie, jsou u rostlin velmi časté a představují jednu z nejčastějších příčin speciace, vedoucí ke vzniku reprodukčně izolovaných druhů.
Čtěte také: Jaké jsou druhy a vlastnosti izolačních betonů?
Parapatrická speciace
Parapatrická speciace je diferenciace populace vlivem silných lokálních selekčních tlaků na jednotlivé skupiny populace. Silná geografická variabilita daného areálu tak způsobuje speciaci. Protože jednotlivé populace zůstávají neustále v kontaktu, probíhá genový tok i během speciace, což ztěžuje jejich fenotypovou diferenciaci.
tags: #prezygoticke #reprodukcne #izolacni #mechanismy #vysvětlení